CATÁLISIS Y REACTORES HETEROGÉOS

ACADEMIA DE FISICOQUÍMICA

CATÁLISIS Y REACTORES HETEROGÉOS

TEMA 1.- Se requiere llevar a cabo la reacción en fase gas A—> 2 R+S. El gasto volumétrico de alimentación es igual a 1 L/s. La corriente de alimentación está compuesta de 20% mol de A, 2% mol de R y el resto de un gas inerte, la cual se encuentra a la temperatura de 300·C y 1.5 atm de presión total.

Datos Adicionales:

Ln K = 15.76142- ; K(=) ; T(=) K ; calor de reacción a 300·C igual a 13500 cal/mol

Los valores de capacidades caloríficas en fase gas pueden considerarse constantes en el intervalo de temperatura.

COMPUESTO A R S INERTE

Cp cal/molK 3.0 4.0 3.8 2.3

(a)Si la conversión que se desea alcanzar fuera de 70%, determinar el volumen de un reactor tubular continuo operando adiabáticamente.

(b) Si la reacción se llevará a cabo en un reactor tipo tanque agitado continuo que opera isotérmicamente a 300·C ¿Cuál es el flujo de calor que se requiere si la reacción se efectúa en un reactor intermitente adiabático bajo las mismas condiciones de alimentación para alcanzar el 70% de conversión.

TEMA 2: El siguiente mecanismo de superficie propuesto para explicar una reacción química la cual se efectúa sobre un catalizador sólido en dos diferentes sitios o centros activos (s1 y S2):

A + S1 (AS1)

B + S2 (BS2)

(AS1) + (BS2) (CS1) + (DS2)

(CS1) C + S1

(DS2) D + S2

Desarrollar la expresión de velocidad de reacción, asumiendo la etapa (IV) como la controlan o limitante.

TEMA 3: rA0=

rA mol/gcat S 0.0538 0.0869 0.1092 0.1253 0.1375 0.1471 0.1547 0.1610 0.1663 0.1707

Po atm 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

TEMA 4: L a reacción de primer orden A—> R se efectuó sobre dos partículas (esféricas) de distintos tamaños. Se consideran a condiciones idénticas que se presentan en la siguiente tabla.

CpA 3 cal/mol

CpR 4 cal/mol

Cps 3.8 cal/mol

CPI 2.3 cal/mol

(a)Estime el módulo de Thiele y el factor de eficacia para cada partícula (b)¿De qué tamaño deberían ser las partículas para eliminar virtualmente toda la resistencia de la difusión interna?

-rA* , mol/gcat s Radio de la partícula, m

Corrida 1 3.0 0.01

corrida 2 15.0 0.001

RESOLUCIÓN

TEMA 1:

A 2R+S

Vo= 1L/s lnK= 15.76142- (=)

TA= 300·C=573.15 K ; P0=1.5 atm

Fase gas, n=2

Xa=0.7 ; PFR ; Q= 0 V=?

Fao= Vo CAo = (1l/s)(0.00631431 mol/L)=0.0063795 mol/s

CAo=

Línea de operación:

————Ec.1

Sustituyendo T en Ec.1 y considerando XA=0.7 V=2791.63 L

B) CSTR ; T=300·C. XA=0.7

QR/S=

QR/S=0.382759 mol/min(-13500cal/mol+88 cal/mol K(573.15K-573.15K))=

QR/S= -3617.0725 cal/min

C)En Batch Q=0 ; XA=0.7.

tr=34.6105min

TEMA 3:

Y= b + m X. m =0.119073 b=0.06576

rA mol/gcat S 0.0538 0.0869 0.1092 0.1253 0.1375 0.1471 0.1547 0.1610 0.1663 0.1707

Po atm 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

b=KPA/1= 0.06576 m=KPA/KA= 0.06576/KA=0.119073. KA= 0.06576/0.119073=0.552266

TEMA 4:

-rA* , mol/gcat s Radio de la partícula, m

Corrida 1 3.0 0.01

corrida

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